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带初始容量的构造方法，public ArrayList(int initialCapacity)
Collection拷贝构造方法，public ArrayList(Collection c)
确保容量方法（扩容方法）：ensureCapacity/ensureCapacityInternal
System.arraycopy() 和 Arrays.copyOf()方法
注意:本文参考 docs/java/collection/java集合框架基础知识&面试题总结.md · SnailClimb/JavaGuide - Gitee.com
docs/java/collection/arraylist-source-code.md · SnailClimb/JavaGuide - Gitee.com
List
List 最大的特点就是：有序，可重复。
Arraylist 和 Vector 的区别?
ArrayList 是 List 的主要实现类，底层使用 Object[ ]存储，适用于频繁的查找工作，线程不安全 ；
Vector 是 List 的古老实现类，底层使用Object[ ] 存储，线程安全的，方法都加了synchronized。
newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1)
ArrayList 的扩容实现，这个算术右移操作是把这个数的二进制往右移动一位，最左边补符号位，但是因为容量没有负数，所以还是补 0.
那右移一位的效果就是除以 2，那么定义的新容量就是原容量的 1.5 倍。
newCapacity = oldCapacity + (capacityIncrement>0) ? capacityIncrement:oldCapacity
Vector 通常 capacityIncrement 我们并不定义，所以默认情况下它是扩容两倍。
为什么要用Arraylist取代Vector呢?
一个线程访问Vector的话代码要在同步操作上耗费大量的时间。
并且Vector和Hashtable是早先的设计，并不符合collections framework，在结构上比较孤立，所以已经不推荐使用了，至于线程方面，可以通过Collections类中的相关静态方法来获取线程安全的实例
Arraylist 与 LinkedList 区别?
1 是否保证线程安全： ArrayList 和 LinkedList 都是不同步的，也就是不保证线程安全；
2 底层数据结构： Arraylist 底层使用的是 Object 数组；LinkedList 底层使用的是 双向链表 数据结构（JDK1.6 之前为循环链表，JDK1.7 取消了循环。注意双向链表和双向循环链表的区别，下面有介绍到！）
3 插入和删除是否受元素位置的影响：
ArrayList 采用数组存储，所以插入和删除元素的时间复杂度受元素位置的影响。 比如：执行add(E e)方法的时候， ArrayList 会默认在将指定的元素追加到此列表的末尾，这种情况时间复杂度就是 O(1)。但是如果要在指定位置 i 插入和删除元素的话（add(int index, E element)）时间复杂度就为 O(n-i)。因为在进行上述操作的时候集合中第 i 和第 i 个元素之后的(n-i)个元素都要执行向后位/向前移一位的操作。
LinkedList 采用链表存储，所以，如果是在头尾插入或者删除元素不受元素位置的影响（add(E e)、addFirst(E e)、addLast(E e)、removeFirst() 、 removeLast()），近似 O(1)，如果是要在指定位置 i 插入和删除元素的话（add(int index, E element)，remove(Object o)） 时间复杂度近似为 O(n) ，因为需要先移动到指定位置再插入。
4 是否支持快速随机访问： LinkedList 不支持高效的随机元素访问，而 ArrayList 支持。快速随机访问就是通过元素的序号快速获取元素对象(对应于get(int index)方法)。
5 内存空间占用： ArrayList 的空 间浪费主要体现在在 list 列表的结尾会预留一定的容量空间，而 LinkedList 的空间花费则体现在它的每一个元素都需要消耗比 ArrayList 更多的空间（因为要存放直接后继和直接前驱以及数据）。
Arraylist 与 LinkedList 选择哪个
对于这类选择问题：
一是考虑数据结构是否能完成需要的功能；
如果都能完成，二是考虑哪种更高效。
| 功能 | 方法 | ArrayList | LinkedList |
|---|---|---|---|
| 增 | add(E e) | O(1) | O(1) |
| 增 | add(int index, E e) | O(n) | O(n) |
| 删 | remove(int index) | O(n) | O(n) |
| 删 | remove(E e) | O(n) | O(n) |
| 改 | set(int index, E e) | O(1) | O(n) |
| 查 | get(int index) | O(1) | O(n) |
稍微解释几个：
add(E e) 是在尾巴上加元素，虽然 ArrayList 可能会有扩容的情况出现，但是均摊复杂度（amortized time complexity）还是 O(1) 的。
add(int index, E e)是在特定的位置上加元素，LinkedList 需要先找到这个位置，再加上这个元素，虽然单纯的「加」这个动作是 O(1) 的，但是要找到这个位置还是 O(n) 的。（这个有的人就认为是 O(1)，和面试官解释清楚就行了，拒绝扛精。
remove(int index)是 remove 这个 index 上的元素，所以
ArrayList 找到这个元素的过程是 O(1)，但是 remove 之后，后续元素都要往前移动一位，所以均摊复杂度是 O(n)；
LinkedList 也是要先找到这个 index，这个过程是 O(n) 的，所以整体也是 O(n)。
remove(E e)是 remove 见到的第一个这个元素，那么
ArrayList 要先找到这个元素，这个过程是 O(n)，然后移除后还要往前移一位，这个更是 O(n)，总的还是 O(n)；
LinkedList 也是要先找，这个过程是 O(n)，然后移走，这个过程是 O(1)，总的是 O(n).
那造成时间复杂度的区别的原因是什么呢？
答：
因为 ArrayList 是用数组来实现的。
而数组和链表的最大区别就是数组是可以随机访问的（random access）。
这个特点造成了在数组里可以通过下标用 O(1) 的时间拿到任何位置的数，而链表则做不到，只能从头开始逐个遍历。
也就是说在「改查」这两个功能上，因为数组能够随机访问，所以 ArrayList 的效率高。
那「增删」呢？
如果不考虑找到这个元素的时间，
数组因为物理上的连续性，当要增删元素时，在尾部还好，但是其他地方就会导致后续元素都要移动，所以效率较低；而链表则可以轻松的断开和下一个元素的连接，直接插入新元素或者移除旧元素。
但是呢，实际上你不能不考虑找到元素的时间啊。。。而且如果是在尾部操作，数据量大时 ArrayList 会更快的。
所以说：
改查选择 ArrayList；
增删在尾部的选择 ArrayList；
其他情况下，如果时间复杂度一样，推荐选择 ArrayList，因为 overhead 更小，或者说内存使用更有效率。
双向链表和双向循环链表
双向链表： 包含两个指针，一个 prev 指向前一个节点，一个 next 指向后一个节点。
另外推荐一篇把双向链表讲清楚的文章：https://juejin.cn/post/6844903648154271757
双向循环链表： 最后一个节点的 next 指向 head，而 head 的 prev 指向最后一个节点，构成一个环。
ArrayList
ArrayList基本性质
1、底层使用原生数组实现，实现RandomAccess接口，可以随机访问。
随机访问指的是下标索引操作index(i)的时间复杂度是O(1)。size、isEmpty、get、set、iterator和listIterator操作在O(1)内完成，add(e)操作平均在O(1)内完成，即添加n个元素需要O(n)时间（这个是Collection.add，是在尾部添加注意区分下List.add(index, e)）。其他操作基本都是O(n)内完成。ArrayList与LinkedList实现相比，O(n)的各个方法的时间复杂度的常数因子更小。
2、因为底层数组 elementData 的容量是不能改变的，所以容量不够时，需要把 elementData 换成一个更大的数组，这个过程叫作扩容。实际的元素的数量size，总是不会超过底层数组的容量 elementData.length，因为扩容需要申请更大的内存，并且需要原来数组的进行一次复制，所以扩容是个耗时的操作。在添加大量元素之前，使用者最好是预估一个大致的数量，手动调用ensureCapacity进行一次扩容操作，避免一个个添加导致频繁扩容影响性能。
3、ArrayList是未同步的，多线程并发读写时需要外部同步，如果不外部同步，那么可以使用Collections.synchronizedList方法对ArrayList的实例进行一次封装，或者使用Vector。
4、对存储的元素无限制，允许null元素。
5、ArrayList的iterator和listIterator方法返回的迭代器是快速失败的，也就是如果在创建迭代器之后的任何时间被结构性修改，除了通过迭代器自己的remove或add方法之外，迭代器将直接抛出一个ConcurrentModificationException，从而达到快速失败fail-fast的目的，尽量避免不确定的行为。
ArrayList的迭代器的快速失败行为不能被严格保证，并发修改时它会尽量但不100%保证抛出ConcurrentModificationException。因此，依赖于此异常的代码的正确性是没有保障的，迭代器的快速失败行为应该仅用于检测bug。
6、实现clone接口，可以调用其clone方法（虽然clone()是Object中的方法，但是它是protected，使用子类的clone()必须在子类中覆盖此方法）。clone方法复制一个ArrayList，底层数组elementData不共享，但是实际的元素还是共享的。
不过clone是ArrayList中覆盖的，不属于List中的方法，因此常见的声明形式
List<String> strs = new ArrayList<>()；
声明出来的变量不能直接使用clone方法，本身也用得极少。
7、实现Serializable接口，可以被序列化。ArrayList"实现"了自定义序列化方法，这么做主要是为了节省空间 。对于占用空间的大头——元素list，仅仅序列化实际size大小的元素，同时不序列化对于新对象无用属性的——来自父类AbstractList的modCount。ArrayList的实际size不会超过底层数组的length，大多数情况下比底层数组length小，使用默认序列化的话，会直接序列化整个底层数组，序列化后字节流会变大，浪费空间。
RandomAccess 接口
public interface RandomAccess {
}
查看源码我们发现实际上 RandomAccess 接口中什么都没有定义。所以，在我看来 RandomAccess 接口不过是一个标识罢了。标识什么？ 标识实现这个接口的类具有随机访问功能。
在 binarySearch（) 方法中，它要判断传入的 list 是否 RamdomAccess 的实例，如果是，调用indexedBinarySearch()方法，如果不是，那么调用iteratorBinarySearch()方法
public static <T>
int binarySearch(List<? extends Comparable<? super T>> list, T key) {
if (list instanceof RandomAccess || list.size()<BINARYSEARCH_THRESHOLD)
return Collections.indexedBinarySearch(list, key);
else
return Collections.iteratorBinarySearch(list, key);
}
ArrayList 实现了 RandomAccess 接口， 而 LinkedList 没有实现。为什么呢？我觉得还是和底层数据结构有关！ArrayList 底层是数组，而 LinkedList 底层是链表。数组天然支持随机访问，时间复杂度为 O(1)，所以称为快速随机访问。链表需要遍历到特定位置才能访问特定位置的元素，时间复杂度为 O(n)，所以不支持快速随机访问。，ArrayList 实现了 RandomAccess 接口，就表明了他具有快速随机访问功能。 RandomAccess 接口只是标识，并不是说 ArrayList 实现 RandomAccess 接口才具有快速随机访问功能的！
ArrayList 的构造函数
（JDK8）ArrayList 有三种方式来初始化，构造方法源码如下：
/**
* 默认初始容量大小
*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
*默认构造函数，使用初始容量10构造一个空列表(无参数构造)
*/
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
/**
* 带初始容量参数的构造函数。（用户自己指定容量）
*/
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {//初始容量大于0
//创建initialCapacity大小的数组
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {//初始容量等于0
//创建空数组
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {//初始容量小于0，抛出异常
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
/**
*构造包含指定collection元素的列表，这些元素利用该集合的迭代器按顺序返回
*如果指定的集合为null，throws NullPointerException。
*/
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
if ((size = elementData.length) != 0) {
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// replace with empty array.
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}细心的同学一定会发现 ：以无参数构造方法创建 ArrayList 时，实际上初始化赋值的是一个空数组。当真正对数组进行添加元素操作时，才真正分配容量。即向数组中添加第一个元素时，数组容量扩为 10。 下面在我们分析 ArrayList 扩容时会讲到这一点内容！
补充：JDK6 new 无参构造的 ArrayList 对象时，直接创建了长度是 10 的 Object[] 数组 elementData 。
ArrayList 的扩容机制
这里以无参构造函数创建的 ArrayList 为例分析
add 方法
/**
* 将指定的元素追加到此列表的末尾。
*/
public boolean add(E e) {
//添加元素之前，先调用ensureCapacityInternal方法
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
//这里看到ArrayList添加元素的实质就相当于为数组赋值
elementData[size++] = e;
return true;
}注意 ：JDK11 移除了 ensureCapacityInternal() 和 ensureExplicitCapacity() 方法
ensureCapacityInternal() 方法
（JDK7）可以看到 add 方法 首先调用了ensureCapacityInternal(size + 1)
//得到最小扩容量
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
// 获取默认的容量和传入参数的较大值
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}当 要 add 进第 1 个元素时，minCapacity 为 1，在 Math.max()方法比较后，minCapacity 为 10。
此处和后续 JDK8 代码格式化略有不同，核心代码基本一样。
ensureExplicitCapacity() 方法
如果调用 ensureCapacityInternal() 方法就一定会进入（执行）这个方法，下面我们来研究一下这个方法的源码！
//判断是否需要扩容
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
//调用grow方法进行扩容，调用此方法代表已经开始扩容了
grow(minCapacity);
}我们来仔细分析一下：
当我们要 add 进第 1 个元素到 ArrayList 时，elementData.length 为 0 （因为还是一个空的 list），因为执行了 ensureCapacityInternal() 方法 ，所以 minCapacity 此时为 10。此时，minCapacity - elementData.length > 0成立，所以会进入 grow(minCapacity) 方法。
当 add 第 2 个元素时，minCapacity 为 2，此时 e lementData.length(容量)在添加第一个元素后扩容成 10 了。此时，minCapacity - elementData.length > 0 不成立，所以不会进入 （执行）grow(minCapacity) 方法。
添加第 3、4···到第 10 个元素时，依然不会执行 grow 方法，数组容量都为 10。
直到添加第 11 个元素，minCapacity(为 11)比 elementData.length（为 10）要大。进入 grow 方法进行扩容。
grow() 方法
/**
* 要分配的最大数组大小
*/
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
/**
* ArrayList扩容的核心方法。
*/
private void grow(int minCapacity) {
// oldCapacity为旧容量，newCapacity为新容量
int oldCapacity = elementData.length;
//将oldCapacity 右移一位，其效果相当于oldCapacity /2，
//我们知道位运算的速度远远快于整除运算，整句运算式的结果就是将新容量更新为旧容量的1.5倍，
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
//然后检查新容量是否大于最小需要容量，若还是小于最小需要容量，那么就把最小需要容量当作数组的新容量，
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
// 如果新容量大于 MAX_ARRAY_SIZE,进入(执行) `hugeCapacity()` 方法来比较 minCapacity 和 MAX_ARRAY_SIZE，
//如果minCapacity大于最大容量，则新容量则为`Integer.MAX_VALUE`，否则，新容量大小则为 MAX_ARRAY_SIZE 即为 `Integer.MAX_VALUE - 8`。
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1),所以 ArrayList 每次扩容之后容量都会变为原来的 1.5 倍左右（oldCapacity 为偶数就是 1.5 倍，否则是 1.5 倍左右）！ 奇偶不同，比如 ：10+10/2 = 15, 33+33/2=49。如果是奇数的话会丢掉小数.
">>"（移位运算符）：>>1 右移一位相当于除 2，右移 n 位相当于除以 2 的 n 次方。这里 oldCapacity 明显右移了 1 位所以相当于 oldCapacity /2。对于大数据的 2 进制运算,位移运算符比那些普通运算符的运算要快很多,因为程序仅仅移动一下而已,不去计算,这样提高了效率,节省了资源
我们再来通过例子探究一下grow() 方法 ：
当 add 第 1 个元素时，oldCapacity 为 0，经比较后第一个 if 判断成立，newCapacity = minCapacity(为 10)。但是第二个 if 判断不会成立，即 newCapacity 不比 MAX_ARRAY_SIZE 大，则不会进入 hugeCapacity 方法。数组容量为 10，add 方法中 return true,size 增为 1。
当 add 第 11 个元素进入 grow 方法时，newCapacity 为 15，比 minCapacity（为 11）大，第一个 if 判断不成立。新容量没有大于数组最大 size，不会进入 hugeCapacity 方法。数组容量扩为 15，add 方法中 return true,size 增为 11。
以此类推······
这里补充一点比较重要，但是容易被忽视掉的知识点：
java 中的 length属性是针对数组说的,比如说你声明了一个数组,想知道这个数组的长度则用到了 length 这个属性.
java 中的 length() 方法是针对字符串说的,如果想看这个字符串的长度则用到 length() 这个方法.
java 中的 size() 方法是针对泛型集合说的,如果想看这个泛型有多少个元素,就调用此方法来查看!
hugeCapacity() 方法
从上面 grow() 方法源码我们知道： 如果新容量大于 MAX_ARRAY_SIZE,进入(执行) hugeCapacity() 方法来比较 minCapacity 和 MAX_ARRAY_SIZE，如果 minCapacity 大于最大容量，则新容量则为Integer.MAX_VALUE，否则，新容量大小则为 MAX_ARRAY_SIZE 即为 Integer.MAX_VALUE - 8。
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
//对minCapacity和MAX_ARRAY_SIZE进行比较
//若minCapacity大，将Integer.MAX_VALUE作为新数组的大小
//若MAX_ARRAY_SIZE大，将MAX_ARRAY_SIZE作为新数组的大小
//MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}jdk1.6/1.7/1.8之间ArrayList的区别
默认构造方法，ArrayList()
关于默认构造方法，你可能在别的地方看见过这种话：
无参构造方法（默认构造方法）构造的ArrayList的底层数组elementData大小（容量）默认为10。这里告诉你，这不一定是对的。这句话在1.6版本中是对的（更之前的版本我没看），从1.7开始这句话就有问题了。下面我贴出了三个版本的代码：
jdk1.6的，初始化成10个容量。
// jdk1.6的
/** Constructs an empty list with an initial capacity of ten. */
public ArrayList() {
this(10);
}jdk1.7的，相对1.6版本，引入了一个新的常量EMPTY_ELEMENTDATA，它是一个空数组，因此容量为0。
// jdk1.7的
/** Shared empty array instance used for empty instances. */
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
...
/** Constructs an empty list with an initial capacity of ten. */
public ArrayList() {
super();
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}jdk1.8的，相对1.7版本，又引入了一个新的常量DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA ，它也是一个空数组，因此容量也为0。至于两个空数组有什么区别，看下面一点说的。
/** Shared empty array instance used for empty instances. */
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* Shared empty array instance used for default sized empty instances. We
* distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when
* first element is added.
*/
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
...
/** Constructs an empty list with an initial capacity of ten. */
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}对比下可以看出：jdk1.6的无参构造方法（默认构造方法）构造的ArrayList的底层数组elementData大小（容量）默认为10；从1.7开始，无参构造方法构造的ArrayList的底层数组elementData大小默认为0。
java集合类在jdk1.7版本基本上都有一种改动：懒初始化。懒初始化指的是默认构造方法构造的集合类，占据尽可能少的内存空间（对于ArrayList来说，使用空数组来占据尽量少的空间，不使用null是为了避免null判断），在第一次进行包含有添加语义的操作时，才进行真正的初始化工作。
1.7开始的ArrayList，默认构造方法构造的实例，底层数组是空数组，容量为0，在进行第一次add/addAll等操作时才会真正给底层数组赋非empty的值。如果add/addAll添加的元素小于10，则把elementData数组扩容为10个元素大小，否则使用刚好合适的大小（例如，第一次addAll添加6个，那么扩容为10个，第一次添加大于10个的，比如24个，扩容为24个，刚好合适）；1.8版本，默认构造的实例这个行为没有改变，只是用的数组名字变了。
带初始容量的构造方法，public ArrayList(int initialCapacity)
// 1.6
public ArrayList(int initialCapacity) {
super();
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity);
this.elementData = new Object[initialCapacity];
}
// 1.7 跟1.6的一样
public ArrayList(int initialCapacity) {
super();
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity);
this.elementData = new Object[initialCapacity];
}
// 1.8
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; // 重用空数组，一个小小的优化
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity);
}
}678三个版本的这个构造方法的实际行为基本一致：如果initialCapacity >= 0，把底层数组elementData赋值为一个大小为initialCapacity的数组，数组的所有元素都是默认值null。1.8稍微进行了一点优化，也是赋值为空数组，但是重用了常量对象。
下面写个简单的例子看一个细微的区别。
// jdk1.6，两个构造的区别很明显
public class TestArrayList {
public static void main(String[] args) {
List<String> la = new ArrayList<String>(0); // la.elementData = new Object[0], la.elementData.length = 0
la.add("111"); // la.elementDate.length = 1，这里一次性扩容了1个，后续再按照通用扩容策略执行扩容操作
List<String> lb = new ArrayList<String>(); // lb.elementData = new Object[10], lb.elementData.length = 10
lb.add("111"); // lb.elementDate.length = 10，这里没有进行扩容，后续再按照通用扩容策略执行扩容操作
}
}
// jdk1.7，两个构造在第一次进行添加时才看得出区别
public class TestArrayList {
public static void main(String[] args) {
List<String> la = new ArrayList<>(0); // la.elementData = new Object[0], la.elementData.length = 0
la.add("111"); // la.elementDate.length = 1，这里一次性扩容了1个，后续再按照通用扩容策略执行扩容操作
List<String> lb = new ArrayList<>(); // lb.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA, lb.elementData.length = 0
lb.add("111"); // lb.elementDate.length = 10，这里一次性扩容了10个，后续再按照通用扩容策略执行扩容操作
}
}
// jdk1.8，同1.7
public class TestArrayList {
public static void main(String[] args) {
List<String> la = new ArrayList<>(0); // la.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA, la.elementData.length = 0
la.add("111"); // la.elementDate.length = 1，这里一次性扩容了1个，后续再按照通用扩容策略执行扩容操作
List<String> lb = new ArrayList<>(); // lb.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA, lb.elementData.length = 0
lb.add("111"); // lb.elementDate.length = 10，这里一次性扩容了10个，后续再按照通用扩容策略执行扩容操作
}
}jdk1.6中new ArrayList<?>()跟new ArrayList<?>(10)的行为是一模一样的，所以跟new ArrayList<?>(0)有很明显区别，这个好理解 。从1.7版本开始，new ArrayList<>()和new ArrayList<>(0)，虽然创建后底层内容和容量都一样，但是实际的行为有些细小的差别，那就是这两个在第一次自动扩容时策略不一样。不过这一点影响比较小，基本不影响使用。
1.8中使用两个空数组，正如注释所说的，是在优化（避免创建无用的空数组）的同时，保留其扩容初始策略区别。只用一个空数组就不能再优化的同时，继续保持这个小区别了。
Collection拷贝构造方法，public ArrayList(Collection<? extends E> c)
678三个版本的关系和第2点一样。
// jdk 1.6
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
size = elementData.length;
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
}
// jdk 1.7
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
size = elementData.length;
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
}
// jdk 1.8
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
if ((size = elementData.length) != 0) {
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// replace with empty array.
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}关于中间这行注释，可以看下这篇博文：JDK1.6集合框架bug：c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)_aty-CSDN博客
此构造方法会有和Array.copyOf/System.arraycopy一样的问题，那就是它只是新建一个elementData数组，数组的内容对应相等，但是不拷贝实际的元素，实际的元素占据的内存空间还是共享的。
确保容量方法（扩容方法）：ensureCapacity/ensureCapacityInternal
提前声明下：这两个方法只是确保容量，不一定会扩容，但是为了好理解，下面的文字中所说的"扩容"指的就是这两个方法。
因为原生的数组的容量不能改变，要改变数组的容量，只能是新建一个数组，并把原来数组的内容复制到新数组对应位置上去。数组拷贝使用的是Arrays.copyOf，底层用的是System.arraycopy，比循环赋值效率高。扩容示意图如下。
扩容方法四个位置用到：两个add方法，两个addAll方法，一个反序列化方法，还有就是手动扩容方法ensureCapacity（称之为手动，是因为此方法是public的，可以外部手动调用）。在1.6版本是只有这个手动的方法，内部自动操作也是调用这个方法，1.7开始进行了区分，并且进一步改进了扩容操作。
下面的是jdk1.8的代码，1.7的和1.8的基本相同，唯一的一点区别就是1.8用两个空数组，导致这里的空数组的名字不一样，两个版本的代码可以看作是一样的。
// 手动扩容方法（可以外部调用，不过大多数情况都是List<?> = new ArrayList<>()，这样是调用不到这个方法的）// 这个方法只是简单区别下list是不是通过 new ArrayList() 来创建的，这一点前面说了
// 如果是，则尝试最小扩容10个，不是则尝试扩容指定个，具体也是通过内部扩容方法完成容量确保
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
// any size if not default element table
? 0
// larger than default for default empty table. It's already
// supposed to be at default size.
: DEFAULT_CAPACITY;
if (minCapacity > minExpand) {
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
}
// 下面是内部扩容相关的几个方法的代码
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code 考虑int型溢出
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code 考虑int型溢出
int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // overflow int型溢出，直接报错
throw new OutOfMemoryError();
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}下面这是1.6的相关代码，可以对比看下：
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
int oldCapacity = elementData.length;
if (minCapacity > oldCapacity) {
Object oldData[] = elementData;
int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;
if (newCapacity < minCapacity)
newCapacity = minCapacity;
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
}
区别就是：1.6的方法只是简单进行了逻辑上的操作，没有过多考虑int型溢出的问题，从1.7（上面贴的是1.8的）开始对这个进行了完善。
最主要的问题：就是minCapacity>oldCapacity的负数溢出问题，和从oldCapacity变成newCapacity的过程中，的过早溢出。
先仔细看看1.6的问题，整体来说都是int型溢出的问题。
1、没考虑入参minCapacity可能因为int溢出变为负数。这个方法可以外部手动调用，手动扩容传入负数这个肯定是应该拦截掉的。但是自动扩容会因为int溢出产生负数，碰到这种情况时应该特殊处理，而不是什么都不做，等着后面抛出一个ArrayIndexOutOfBoundsException。
2、就是这句代码不太好，过早溢出
int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;
虽然上面这行代码和1.7开始的oldCapacity + (oldCapacity >> 1) 看上去一样，都是相当于1.5倍，但实际上是有区别的。
两个区别，第一个小区别是jdk1.6的那种乘除运算的数学结果比后面一个大1比如oldCapacity=10，1.6的算法得到16，1.7开始的算法得到15，这个影响不大；
第二个区别就是两者在数字比较大是运算结果不一样，比如oldCapacity=10^9，这个数和Integer.MAX_VALUE位数一样，用1.6的算法得到的会是错误的-647483647（因为一开始*3溢出，而*1.5不溢出），用1.7的则是正确的1500000000，这时候明明可以1.5倍扩容，但是jdk1.6却用的是按需扩容。
在计算机里面对于int型的两个不同的数a和b，有
a-b>0 不等价于 a>b
因为，a-b>0会被int溢出影响，a>b不会受int溢出影响。无符号的int型中a-b>0是一定成立的；有符号的int型，负数可以看成是正数的溢出，假设a = Integer.MAX_VALUE + 10，b = Integer.MAX_VALUE - 10，很明显a是负数，b是正数，运行一遍a>b得到false，再运行一遍a-b得到的是20，a-b>0得到true。因此对于int型，a>b和a-b>0在if判断中有不同的功能，前者是纯粹比较大小，正数一定大于负数；后者可以判断溢出，正数不一定大于负数。
所以1.7版本对上面两个问题做了修改。
1、从1.7开始将内部扩容和外部可以调用的扩容方法分开了，通过源码（上面贴的是1.8的代码，可以看出是一样的）可以看出：外部调用的手动扩容方法ensureCapacity要多一个判断条件 minCapacity > minExpand，这个判断条件拦截掉负数的minCapacity，这样调用内部扩容ensureCapacityInternal方法时，minCapacity一定是正数
内部扩容方法直接就用minCapacity - elementData.length > 0判断，此条件可以检测出int型溢出，碰到溢出最后会抛出一个OOM错误。jdk1.7用OOM，这比jdk1.6用ArrayIndexOutOfBoundsException更好，因为此时数组大小超出了虚拟机对数组的限制，虚拟机无法处理这种情况了，抛出一个ERROR是合理的。
2、使用这行代码
newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
这行不仅仅是是用位运算加快执行速度，上面说了，这种做法才是对的，是真正的1.5倍。不仅仅因为那一个大小的差别，更重要的是避免过早出现int溢出的情况，保证了内部自动扩容会尽量按规定的策略执行。同时整个扩容处理流程中多增加了几处if判断，对各种情况处理更加完善。
还有数组最大长度问题
还有一个问题就是，MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8。这个是1.7开始才有的，注释说这个是因为在一些虚拟机的数组实现中，会有array header这个保留部分，所以数组最大长度并不是实际的Integer.MAX_VALUE。这个在1.8自带的HotSpot上测试（环境Win7 64位，Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.111-b14, mixed mode)），准确值应该是Integer.MAX_VALUE - 2，比这个值大就会出现OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit。此Error和hugeCapacity中抛出的OOM基本上差不多，这两个跟一般的OOM还是有区别的。抛出这个异常时，一般是程序有问题，此时虚拟机看看数组大小，就知道了它是不能完成这样的内存分配的，跟剩余的内存空间大小没关系。
测试下实际MAX_ARRAY_SIZE（都是64bit的）
jdk1.8 Integer,MAX_VALUE - 2，超过这个值（实际上也只有两个数可选，Integer.MAX_VALUE和Integer.MAX_VALUE - 1）就抛出OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
jdk1.7 Integer.MAX_VALUE - 2
jdk1.6 Integer.MAX_VALUE，使用这个值能够成功创建数组（使用boolean数组）
在带初始容量的构造方法 public ArrayList(int initialCapacity) 中，并没有判断初始容量是否大于MAX_ARRAY_SIZE。个人觉得还是判断下好，不判断可能在扩容时会有点问题。下面给一组变量值大家试下，看下是不是真有问题。
初始数组长度 elementData.length = Integer.MAX_VALUE - 5 = 2147483642；
还要继续添加的长度 expand = Integer.MAX_VALUE - 2 = 2147483645；
最小容量 minCapacity = expand + elementData.length = -9；
ensureExplicitCapacity方法中 minCapacity - elementData.length = 2147483645 > 0，会继续执行grow方法；
grow方法中 newCapacity = elementData.length + (elementData.length >> 1) = -1073741833；
grow方法中的第一个if，newCapacity - minCapacity = -1073741824 < 0，执行第一个if中的 newCapacity = minCapacity，newCapacity = -9；
grow方法中的第二个if，newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE = -2147483648 < 0，不执行第二个if中的语句；
执行最后的Arrays.copyOf，因为newCapacity = -9 < 0，会抛出异常NegativeArraySizeException。
grow方法中第二个if，如果newCapacity是负数，只有是-9到-1这几个负数，才会不执行hugeCapacity方法而是直接执行Arrays.copyOf抛出异常。如果构造方法中拦截判断下是否大于MAX_ARRAY_SIZE，一开始的数组长度就限制在Integer.MAX_VALUE - 8，应该是无法通过一个正数的expand，使得minCapacity在[-9,-1]内。严格证明暂时给不出，实际运行中由于内存限制无法演示。
jdk1.6/1.7/1.8创建数组与扩容之间小结
简单总结下，jdk1.7和1.8之间大致相同，jdk1.7版本对比1.6版本，三个改动：
1、懒初始化，因此默认构造方法创建的是空数组，不再是10个大小的数组；
2、扩容相关的完善；
3、一些方法不再直接使用父类的通用实现，改为利用数组特性的更有效率的实现。
System.arraycopy() 和 Arrays.copyOf()方法
阅读源码的话，我们就会发现 ArrayList 中大量调用了这两个方法。比如：我们上面讲的扩容操作以及add(int index, E element)、toArray() 等方法中都用到了该方法！
System.arraycopy() 方法
源码：
// 我们发现 arraycopy 是一个 native 方法,接下来我们解释一下各个参数的具体意义
/**
* 复制数组
* @param src 源数组
* @param srcPos 源数组中的起始位置
* @param dest 目标数组
* @param destPos 目标数组中的起始位置
* @param length 要复制的数组元素的数量
*/
public static native void arraycopy(Object src, int srcPos,
Object dest, int destPos,
int length);
场景：
/**
* 在此列表中的指定位置插入指定的元素。
*先调用 rangeCheckForAdd 对index进行界限检查；然后调用 ensureCapacityInternal 方法保证capacity足够大；
*再将从index开始之后的所有成员后移一个位置；将element插入index位置；最后size加1。
*/
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
//arraycopy()方法实现数组自己复制自己
//elementData:源数组;index:源数组中的起始位置;elementData：目标数组；index + 1：目标数组中的起始位置； size - index：要复制的数组元素的数量；
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
我们写一个简单的方法测试以下：
public class ArraycopyTest {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
int[] a = new int[10];
a[0] = 0;
a[1] = 1;
a[2] = 2;
a[3] = 3;
System.arraycopy(a, 2, a, 3, 3);
a[2]=99;
for (int i = 0; i < a.length; i++) {
System.out.print(a[i] + " ");
}
}
}
结果：
0 1 99 2 3 0 0 0 0 0Arrays.copyOf()方法
源码：
public static int[] copyOf(int[] original, int newLength) {
// 申请一个新的数组
int[] copy = new int[newLength];
// 调用System.arraycopy,将源数组中的数据进行拷贝,并返回新的数组
System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
Math.min(original.length, newLength));
return copy;
}
场景：
/**
以正确的顺序返回一个包含此列表中所有元素的数组（从第一个到最后一个元素）; 返回的数组的运行时类型是指定数组的运行时类型。
*/
public Object[] toArray() {
//elementData：要复制的数组；size：要复制的长度
return Arrays.copyOf(elementData, size);
}
个人觉得使用 Arrays.copyOf()方法主要是为了给原有数组扩容，测试代码如下：
public class ArrayscopyOfTest {
public static void main(String[] args) {
int[] a = new int[3];
a[0] = 0;
a[1] = 1;
a[2] = 2;
int[] b = Arrays.copyOf(a, 10);
System.out.println("b.length"+b.length);
}
}
结果：
10两者联系和区别
联系：
看两者源代码可以发现 copyOf()内部实际调用了 System.arraycopy() 方法
区别：
arraycopy() 需要目标数组，将原数组拷贝到你自己定义的数组里或者原数组，而且可以选择拷贝的起点和长度以及放入新数组中的位置 copyOf() 是系统自动在内部新建一个数组，并返回该数组。
ensureCapacity方法
ArrayList 源码中有一个 ensureCapacity 方法不知道大家注意到没有，这个方法 ArrayList 内部没有被调用过，所以很显然是提供给用户调用的，那么这个方法有什么作用呢？
/**
如有必要，增加此 ArrayList 实例的容量，以确保它至少可以容纳由minimum capacity参数指定的元素数。
*
* @param minCapacity 所需的最小容量
*/
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
// any size if not default element table
? 0
// larger than default for default empty table. It's already
// supposed to be at default size.
: DEFAULT_CAPACITY;
if (minCapacity > minExpand) {
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
}最好在 add 大量元素之前用 ensureCapacity 方法，以减少增量重新分配的次数
我们通过下面的代码实际测试以下这个方法的效果：
public class EnsureCapacityTest {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Object> list = new ArrayList<Object>();
final int N = 10000000;
long startTime = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < N; i++) {
list.add(i);
}
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("使用ensureCapacity方法前："+(endTime - startTime));
}
}
运行结果：
使用ensureCapacity方法前：2158
public class EnsureCapacityTest {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Object> list = new ArrayList<Object>();
final int N = 10000000;
list = new ArrayList<Object>();
long startTime1 = System.currentTimeMillis();
list.ensureCapacity(N);
for (int i = 0; i < N; i++) {
list.add(i);
}
long endTime1 = System.currentTimeMillis();
System.out.println("使用ensureCapacity方法后："+(endTime1 - startTime1));
}
}
运行结果：
使用ensureCapacity方法后：1773通过运行结果，我们可以看出向 ArrayList 添加大量元素之前最好先使用ensureCapacity 方法，以减少增量重新分配的次数。
ArrayList的删除与遍历时删除
在聊 ArrayList 的删除删除操作之前，先来说说它的遍历方法。
一个 list 的遍历方法主要有三种：
Iterator 迭代器遍历
遍历下标 for 循环遍历
forEach 遍历
对于这三种遍历方法，产生的删除操作 （remove） 结果也会不一样。
forEach 遍历删除
我们先来看一段代码
public static void main(String[] args) {
List<String> list1 = new ArrayList<>(3);
list1.add("name");
list1.add("age");
list1.add("phone");
for (String str : list1){
if ("age".equals(str)){
list1.remove(str);
}
}
}
这样子进行删除操作是不会出现问题的，然而当我们把删除的判断条件换成 phone 后就会报异常。
Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:901)
at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:851)
at com.wiceflow.collection.List.ListRemove.main(ListRemove.java:18)
我们知道，forEach 循环其实是走 list 的迭代器进行遍历的，我们先看 ArrayList 内部的 forEach 方法。
在 ArrayList 中有一个内部类 Itr 实现了 Iterator ，还有一个 ListItr 继承了 Itr （这个类初始化的时候会将 ArrayList 对象的 modCount 属性的值赋值给 expectedModCount）。
先看迭代器的 next 方法
public E next() {
// 这个方法主要是检查光标是否越界的
checkForComodification();
int i = cursor;
if (i >= size)
throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length)
throw new ConcurrentModificationException();
cursor = i + 1;
return (E) elementData[lastRet = i];
}
/**
* 在对一个集合对象进行跌代操作的同时，并不限制对集合对象的元素进行操作
* 这些操作包括一些可能引起跌代错误的add()或remove()等危险操作。
* 在AbstractList中，使用了一个简单的机制来规避这些风险。
* 这就是modCount和expectedModCount的作用所在
*/
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
我们可以看到，list 每次获取下一个对象前都要去检查一下光标是否越界。在 ArrayList 的所有涉及结构变化的方法中都增加 modCount 的值，包括：add()、remove()、addAll()、removeRange() 及 clear() 方法。这些方法每调用一次，modCount 的值就加 1。而变量 expectedModCount 在迭代开始时便会被赋值成 modCount 的值。所以在循环遍历中，改变结构变化的方法，例如 add()、remove() 都会是 modCount 增长 1 ，而 expectedModCount 却不会变化。
注意，以上讲的涉及到结构变化的方法是 ArrayList 的方法，不是其内部类 Itr 的方法。
来看一下 ArrayList 的 remove 方法
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
return oldValue;
}
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) {
fastRemove(index);
return true;
}
} else {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}
private void fastRemove(int index) {
modCount++;
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
}
从上面源码中我们不难发现，ArrayList 中两个 remove() 方法都对 modCount 进行了自增，那么我们在用迭代器迭代的时候，若是删除 末尾 的元素，则会造成 modCount 和 expectedModCount 的不一致导致异常抛出。
为什么对倒数第二个元素进行删除不会报异常，而对其他位置的删除会报异常？
我们来看一下 ArrayList 中的内部类 Itr 。我们在调用迭代器的 Next() 方法之前会先调用 hasNext() 方法。
public boolean hasNext() {
return cursor != size;
}
从代码上我们可以看出判断条件是当 cursor ！= size 的时候，才会进行下一次循环，而 cursor 参数是我们迭代循环的下标，在我们删除倒数第二个元素后，此时 list 的大小减了 1，再进入下一次循环后会出现 cursor == size ，也就是 hasNext() 便会返回 false 终止了循环。实际上 modCount 的数值也增加了 1，只不过循环没发执行到那里，所以异常也就不会被抛出来了。
for 下标遍历删除
从源码上我们可以看出，在利用 for 下标进行遍历的时候，并不会触发 checkForComodification() 方法，所以此时只要要删除的位置比列表大小小时都不会出错。
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
return oldValue;
}
在 ArrayList 源码介绍中，作者是推荐使用 for ( int i; i < size; i++) 方式去遍历，而不是 foreach 或者迭代，这个主要是因为 list 接口实现了 RandomAccess 接口。 实现这个接口的集合是随机无序的，所以遍历的时候一般使用上述的 for,记住一点就可以了所有实现了 RandomAccess 接口的集合都是用一般 for 就可以了（可以通过 api 查看那些集合实现了 RandomAccess）。
Iterator 迭代遍历删除
这里我们将的 Iterator 遍历删除调用的方法不是 ArrayList 的 remove 方法，而是其内部类的 remove 方法
我们看源码不难发现，在 Itr 类中，属性 expectedModCount 在调用外部的 remove() 方法后再次被赋值，此时 expectedModCount 是等于 modCount 的。
public void remove() {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
// 这里检查时候还没有进行删除操作
checkForComodification();
try {
ArrayList.this.remove(lastRet);
cursor = lastRet;
lastRet = -1;
// 先进行了 remove 操作后 再重新对 expectedModCount 进行赋值
expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
所以在使用 Iterator 进行遍历删除时不会出现 ConcurrentModificationException 异常。
